随着我国现代电力行业的快速发展，越来越多的直流输电线路投入运行，直流输电在特殊情况下输电系统采用单极大地返回方式运行或发生双极不平衡运行时，直流电流流过大地造成接地极周边变电站内中性点接地变压器发生较为严重的直流偏磁。如图一所示，具有一定距离的不同两个变电站，它们接地网之间会有一定的直流电位差，而土壤的电阻率一般会比较大，且交流电网的直流电阻相对较小，直流电流从其中一个变压器的中性点流入后，流经交流电网从另外一个变压器中性点流出。从而引起直流偏磁现象。
地铁采用直流电力牵引方式供电，并以走行轨作为回路，初期走行轨绝缘程度高，泄露到土壤的迷流少，但随着地铁运行时间推移由于受到污染、渗水、漏水和高地应力破坏等影响导致走行轨绝缘降低，走行轨泄露到土壤的迷流增大，如图二所示，该迷流会流入这一地区的中性点接地变压器，从而引起交流电网中中性点接地变压器发生直流偏磁现象。
由于直流电流流入变压器中性点产生了直流偏磁，将导致变压器电压发生畸变、激磁电流增加、噪音、谐波增加和损耗变大等故障，直接影响到变压器的安全稳定运行。
针对上述问题及综合目前直流偏磁抑制方式的优缺点，保定泓翔电力设备有限公司开发了HX-DCSD电容型变压器中性点电容隔直装置，该装置由电容器、双冗余晶闸管和旁路开关等几部分组成，通过电容的通交流阻直流的原理避免了变压器中性点过直流的问题，提高了变压器运行的可靠性。
装置结构
该装置由控制室和一次设备室两部分组成，控制室由控制器、人机界面和触发控制单元等组成；一次设备室是在变压器中性点和地网之间串联一组电容器，同时将旁路装置与其并联的结构，主要由电容器、机械旁路开关和电子旁路回路、互感器和电抗器等组成。
控制原理
1、手动隔离开关K11和K12用于装置的故障维护时的隔离，当装置需要维护时闭合K",断开K12,确保中性点直接金属接地，装置正常运行时，闭合K12,断开K11；
2、检测到直流电流大于设定值时，断开K3投入电容器,装置通过电容的通交流阻直流的特性来抑制直流偏磁现象；
3、当检测到交流CT电流值超过设定值时，立即触发晶闸管和闭合K3,通过晶闸管的微秒级响应实现快速接地，保护电容器不受损坏；
4、目前装置有两种工作模式供用户选择，分别是装置金属接地模式和装置隔直运行模式：
4.1装置金属接地模式：旁路开关默认为合闸状态，当检测到流经变压器中性点的直流电流超过限值时，机械旁路开关转为断开状态，使电容器投入，起到阻隔直流的作用。
4.2装置隔直运行模式：旁路开关默认为分闸状态，不管是否有直流电流流过中性点，电容器一直投入运行，阻断直流电流流过变压器中性点。
隔直方式对比
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串接电阻法 |
反电流注入法 |
串接电容法 |
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描述 |
将小电阻串入变压器中性点与地网之间,通过该电阻对流过中性点的直流大小进行限制。 |
向变压器附近大地注入直流电流,使变压器中性点获得与流过变压器的直流相反方向的补偿电流,以此改变中性点的电位来限制直流电流流入变压器中性点的目的。 |
利用电容的"隔直通交"的特性,在变压器中性点和地网之间串联电容器,同时将旁路装置与其并联。当电容器两端过压或过流则将立即闭合旁路。 |
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优 点 |
结构简单、成本较低,并且不需要电源,具有一定的优势。 |
使用这种方法不用在原变压器处串接外部设备,确保了变压器中性点能够可靠接地。 |
更加有效地抑制直流电流,同等短路电流情况下,低电阻避免了变压器中性点电压过高,可以不需要安装放电间隙。 |
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缺点 |
只是对直流大小进行限制;当串入的电阻值过大时可能不能有效接地;当电网结构发生改变后,电阻大小会发生变化,需对原电阻进行更换。 |
施工难度大、成本高、维护复杂,效率低导致有一个容量很大的直流电源,有可能对周围其它设备造成新的直流"污染"。 |
只能隔离直流电流,不能消耗直流电流。 |
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图示 |
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装置特点
1、装置采用电子旁路开关和机械旁路开关冗余设计,提高旁路回路的可靠性，保护电容器在电力系统故障时不受损坏；
2、电子旁路采用整流桥模式，触发方式简单，晶闸管不存在反向关断和单只晶闸管故障后无法工作现象，而且可以完整保留故障电流信息；
3、电子旁路触发方式采用电流和电压双触发方式，过电压采用硬件触发，速度快、可靠性高；
4、大容量电子旁路开关可以实现PS级响应，在电力系统故障时能够实现快速金属接地和保护电容器不受损坏；
5、同等短路电流情况下，低电阻避免了变压器中性点电压过高，可以不需要安装放电间隙；
6、户外箱体防凝露设计，内置空调，IP54防护等级；
以上特点保证了该装置的可靠运行。
技术参数
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序号 |
参数名称 |
参数说明 |
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1 |
电容组容值 |
33000μF/44000μF/66000 |
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2 |
电子开关响应时间 |
<200μs |
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3 |
旁路开关响应时间 |
<50ms |
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4 |
晶闸管强制触发电压 |
1000V |
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5 |
装置工作电源 |
DC220V(控制供电) AC220V(温控照明) |
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6 |
旁路开关控制电流 |
300A(可调) |
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7 |
动稳定值 |
20KA/0.2s |
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8 |
热稳定值 |
8KA/2s |
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9 |
使用环境 |
安装地点:室内或户外 |
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10 |
通讯方式 |
默认基于以太网的modbusTcp-(支持 61850 或其它等通讯方式订制) |
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11 |
输出接口 |
4-20mA |
操作界面
HX-DCSD电容型变压器中性点电容隔直装置具有人机界面功能，可以通过人机界面观察运行数据，如当前运行状态、模拟数据的趋势曲线及查看故障记录等功能，操作界面如下：
